實驗名稱：雪崩光電二級管電致發光輻射特性的研究

　　測試目的：雪崩光電二極管是一種高速、高靈敏的二極管。相比于通常的光電倍增管，APD具有高量子效率、高穩定性，對于外部環境具有很強的適應性。因此?APD在弱光場測量、光子計數統計方面得到了廣泛應用。

　　測試設備：電壓放大器、單光子探測器、數字示波器、單色儀、示波器、計算機等。

　　實驗過程：

　　圖1：實驗裝置圖

　　实验装置如图1所示，实验中使用了一个单光子探测器来记录APD辐射出的光子。加载到APD上的反向工作電壓由一个電壓放大器来提供。電壓放大器的输出信号由外部触发信号来控制。当使用方波信号触发電壓放大器时，電壓放大器会输出一个高压方波信号来提供APD的反向工作電壓。数字示波器用于监视APD的工作电流。透镜Ll用于收集辐射出的光子以提高收集效率。透镜收集到的光使用单色仪进行选通。单色仪的闪耀光栅为120groove/mm。选通后的光通过透镜L2聚焦到SPCM上。SPCM输出的逻辑电脉冲使用数字计数器收集。为了减小环境光对于测量结果的影响?，APD和SPCM都置于光屏蔽装置中。电脑用于控制单色仪的波长选择以及与SR620的通讯。

　　實驗結果：

　　圖2：實驗結果

　　當APD上加載的是周期性的反向電壓時，可以觀測到APD輻射光子的暫態特性。爲了提高收集效率，APD和SPCM改成了面對面放置，兩者的感光區域盡可能靠近。同時記錄APD的工作電流和SPCM的計數值，實驗結果如圖2所示。

　　高壓方波信號的周期爲100s。圖2(a)中的低電平爲124v，低于APD的雪崩電壓。在這個電壓下APD不工作，APD的工作電流幾乎爲0，SPCM的計數值爲暗計數。這段時間對應于圖2中上升沿前和下降沿後的曲線。圖2(a)中的高電平爲176V，略高于APD的雪崩電壓。這個電壓足以觸發APD工作于雪崩狀態，因此SPCM輸出的計數值明顯增大。在電源點壓升高的同時，SPCM的計數值瞬間增加並達到最大值。此後，計數值逐漸減小直至趨于穩定。光子輻射的暫態曲線可以用e指數衰減曲線很好的擬合，對應的時間常數爲t=5.15s。圖2(d)中曲線的采樣間隔T爲0.216s，采樣時長爲0.1s。圖2(c)記錄的是APD的工作電流，它具有與SPCM的計數值幾乎相同的變化趨勢。在這個過程中?SPCM的瞬時最大值達到了759Kcps，它是穩定時計數值(314kcps)的2.4倍；APD的瞬時最大電流爲10.24mA，是穩定值(2.64mA)的3.9倍。通過比較可以看出，APD在加電的瞬間，會以很大的概率輻射光子。

　　圖3：APD的工作電流與SPCM的計數值之間的關系圖

　　APD的工作电流与SPCM的计数值之间的关系如图3所示，两者之间的关系为线性关系。考虑到空间立体角的影响，APD辐射出的光子数与加载在APD上的电流的线性比例为44Mcounts/(s mA sr)。APD的工作电流为光子辐射的主导因素。

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　　圖：ATA-2161高壓放大器指標參數

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